剩余污泥高温热碱解及絮凝改善裂解液可生化性的试验研究

为促进剩余污泥的减量化和资源化,采用高温热碱解耦合絮凝的方式来处理剩余污泥。高温热碱解处理污泥的碳源释放量为0.50 g[COD]/g[VS],热碱解所得泥饼的含水率在70℃条件下仅需9 h即可降至(26.82±3.57)%,同时实现了23.39%的干重减量。另外,相比于单纯的热碱解处理,污泥裂解液再经过铁、铝离子絮凝处理后,其m(BOD5)/m(COD)值增加超过了40%,脱氮效能也显著提升。因此,金属离子的絮凝作用可以改善污泥裂解液的可生化性,并且金属离子的价态越高,其作用效果越明显。裂解液可生化性的改善机制主要在于金属离子对难降解腐殖酸类物质的絮凝去除作用。

热碱解-水解预处理剩余污泥的效果研究

热碱解-水解联合工艺预处理剩余污泥,可以实现污泥快速破胞,释放污泥细胞中的有机物,促进水解过程物质的转化,也有利于回收剩余污泥中的碳源.基于此优点,本研究考察了温度、p H、反应时间对剩余污泥热碱解破胞效果的影响,以确定适宜的热碱解条件.比较了不同水力停留时间(HRT=0～120 h)下污泥水解过程中SCOD、挥发性脂肪酸(VFAs)、氮、磷、蛋白质和糖类的质量浓度的变化,分析了水解过程中物质的转化情况.结果表明:较高的p H(p H>11.0)、较高的温度和延长反应时间均有利于提高污泥破胞效果.适宜的热碱解条件为:热碱解破胞温度为70℃、初始p H=11.0,反应时间1.0 h.在该条件下,SCOD的质量浓度可超过10 500 mg/L,污泥溶胞率为44.0%.在水力停留时间为24 h时,VFAs和SCOD的质量浓度分别高于2 400 mg/L和5 800 mg/L.研究发现热碱解-水解反应约120 h达到平衡,此时蛋白质和糖类的质量浓度稳定在130 mg/L和190 mg/L左右,其中,氮、磷主要以NH4+-N和PO34-形式存在.热碱解-水解联合工艺通过加速污泥破胞,释放胞内有机物,能显著促进污泥的水解,为剩余污泥热碱解-水解预处理的应用提供了技术支撑和理论依据.

热碱解-好氧消化联合工艺处理剩余污泥的效能及抗性基因变化研究

通过研究热碱解(TAH)前后污泥理化指标变化,以及不同曝气量(Qb=0.5、2.0 L/min)和不同固体停留时间(SRT=10、20 d)条件下好氧消化(CAD)和热碱解-好氧消化(ta CAD) 2种工艺常规指标和抗性基因(ARGs)的变化,评价了ta CAD工艺处理剩余污泥的效能,并初步分析了其生态风险.结果表明:在pH=11,T=70℃,t=1 h的热碱解条件下,污泥胞内物质被大量释放,热碱解混合物中SCOD、多糖、蛋白质等的质量浓度可达到原污泥的数10倍.当CAD工艺SRT=10 d时,热碱解的挥发性固体(VS)去除率分别提高113.9%(Qb=0.5 L/min)、160.5%(Qb=2.0 L/min),TCOD去除率分别提高234.6%(Qb=0.5 L/min)、83.3%(Qb=2.0 L/min). ta CAD处理后NH4+-N的质量浓度明显低于CAD的情况.热碱解会使得后续CAD反应器中SCOD和TP的质量浓度上升.减小曝气量、延长SRT的CAD过程有利于ARGs的削减,热碱解可导致CAD中ARGs的部分回升.相关性分析和微生物的群落结构分析结果表明:CAD中ARGs的传播途径以基因水平转移(HGT)途径为主.文章在初步分析ta CAD工艺生态风险的同时,也为其后续污泥处置方式的选择提供理论依据.

以剩余污泥热碱解液为碳源时硫酸盐还原菌处理硫酸盐废水

针对在处理碱法烟气脱硫所产生的高浓度硫酸盐废水过程中存在的碳源不足问题,探究了以剩余污泥热碱解液作为硫酸盐还原菌混合菌群(SRBs)碳源的可行性。通过SRBs对在不同条件下破解剩余污泥产生的热碱解液的利用效果,确定最利于SRBs利用的剩余污泥热碱解条件为:pH=13,T=70℃,破解时间为10 h;最佳硫酸盐(SO_(4)^(2-))去除反应的工艺参数为:pH=7,T=35℃,ρ(COD)=10000 mg/L,ρ(SO_(4)^(2-))=2500 mg/L。在最佳反应条件下,SO_(4)^(2-)去除率可以达到90%以上,COD利用率达到80%。将SRBs利用污泥热碱解液作为碳源去除SO_(4)^(2-)的效果与4种SRBs常见碳源(乳酸钠、丙酸钠、乙酸钠和葡萄糖)进行对比,实验证明:5种碳源均可被SRBs利用,热碱解液为碳源时SO_(4)^(2-)去除率最高,乳酸钠次之,乙酸钠最低。研究证明剩余污泥热碱解液可以作为SRBs的优质碳源,这可为处理SO_(4)^(2-)废水和污泥资源化处置提供新思路。

剩余污泥热碱解及其用于微生物油脂生产的探索

为了将剩余污泥中的蛋白质成分进行资源化利用,采用热碱解法进行处理,并尝试将处理后得到的上清液作为氮源培养圆红冬孢酵母用于微生物油脂的合成。结果表明,pH 13下处理5 h的条件对于污泥减量以及含氮物质析出最为有效,而污泥在pH 10处理5 h时得到的上清液则相对更适于酵母培养。在剩余污泥中添加NaOH调节初始pH为10,在60℃下处理5 h后中和体系pH值至7,得到的上清液经微孔膜过滤后用于配制限氮培养基可以使菌体生长良好,并且细胞内油脂含量达35%。

热碱解改性UiO-66材料对槲皮素的装载、释放及抗氧化作用研究

UiO-66(University of Oslo 66)可以提高难溶性中药活性成分的释放率和生物利用度,是一种具有临床应用前景的金属有机骨架材料。然而原型UiO-66对槲皮素的装载不理想。将UiO-66置于碱性溶液中加热后获得了“热”碱解改性材料UiO-66-BH(UiO-66-blend-heating)。UiO-66-BH维持着UiO-66八面体结构的轮廓,但表面出现明显粗糙不平的孔隙。UiO-66-BH对槲皮素的饱和吸附量为138.92 mg·g^(-1),对槲皮素的吸附属于单分子层吸附,吸附过程受控于化学吸附作用。UiO-66-BH可控制槲皮素在模拟胃肠液中的释放,并在长时间释放后模拟肠液中药物浓度明显高于原料药(36%vs 9%)。与槲皮素相比,载有槲皮素的UiO-66-BH@槲皮素载药系统对2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(2,2′-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)ammonium salt,ABTS)自由基的清除能力有所下降,而对1,1-二苯基-2-苦味基肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除能力几乎不变,显示了载药系统类似槲皮素的抗氧化作用。研究表明,本文合成的UiO-66-BH可控制槲皮素在模拟胃肠液中的释放,有望改善槲皮素的生物利用度。

热碱解-中温两相厌氧消化工艺运行效能及抗生素抗性基因(ARGs)变化研究

为实现剩余污泥稳定化,并评估剩余污泥的生态环境风险,本研究采用热碱解-中温两相厌氧消化(Thermal-Alkaline Pretreatment-Mesophilic Two Phase Anaerobic Digestion,taMTPAD)工艺处理剩余污泥.考察了热碱解条件及在20、16和10 d 3个不同的总水力停留时间(Total Hydraulic Retention Time,tHRT)下,taMTPAD工艺的运行效果及消化前后抗生素抗性基因(ARGs)的变化.结果表明,对于taMTPAD工艺,当tHRT=10 d时,产酸相的挥发性脂肪酸(VFA)积累量和产甲烷相的日产气量达到最大值,但对ARGs的控制效果最差;tHRT=16 d时反应器的运行效果与tHRT=20 d时接近,但对磺胺类ARGs的控制效果不如tHRT=20 d时;当tHRT=20 d时,挥发性固体(VS)去除率和ARGs的削减效果最好.对比tHRT=10 d时的taMTPAD工艺和MTPAD(两相厌氧消化)工艺,发现对剩余污泥进行热碱预处理能提升产酸相150.32%的VFA产量和产甲烷相89.3%的甲烷产率,但同时热碱解却使得厌氧消化后污泥部分ARGs(sul1、tetO、tetW、tetX)相对丰度回升.研究表明,延长tHRT有利于taMTPAD工艺削减ARGs和VS,而缩短tHRT则有利于产气.

Preparation of basic magnesium carbonate and its thermal decomposition kinetics in air

The thermal decomposition process of basic magnesium carbonate was investigated. Firstly, Basic magnesium carbonate was prepared from magnesite, and the characteristics of the product were detected by X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）. Subsequently, the thermal decomposition process of basic magnesium carbonate in air was studied by thermogravimetry-differential thermogravimetry （TG-DTG）. The results of XRD confirm that the chemical composition of basic magnesium carbonate is 4MgCO3·Mg（OH）2·4H2O. And the SEM images show that the sample is in sheet structure, with a diameter of 0.1-1 μm. The TG-DTG results demonstrate that there are two steps in the thermal decomposition process of basic magnesium carbonate. The apparent activation energies （E） were calculated by Flyrm-Wall-Ozawa method. It is obtained from Coats-Redfem＇s equation and Malek method that the mechanism functions of the two decomposition stages are D3 and A1.5, respectively. And then, the kinetic equations of the two steps were deduced as well.